Biodegradación de compuestos orgánicos volátiles que producen malos olores

Abstract

Existe una contaminación silenciosa que es desconocida para una gran parte de la comunidad, esta es la contaminación por compuestos orgánicos volátiles (COV), los que son desechados en los alrededores de plantas de tratamientos de aguas, refinerías de petróleo, procesamiento de alimentos, procesamientos de carne, etc. Estos pueden causar malos olores o en algunos casos llegan a ser tóxicos. Existen tecnologías que permiten mitigar la emisión de este tipo de contaminantes, entre las cuales se encuentran los métodos físicos, químicos y biotecnológicos. En este último se agrupan tres tipos de tecnologías: biofiltros, biolavadores y biofiltros de lecho escurrido los cuales se basan en el principio de la biodegradación. Esta consiste en el uso de microorganismos para remover contaminantes gaseosos en la cual se utilizan cepas heterotróficas de hongos o bacterias que utilizan los COVs como fuente de carbono o nitrógeno, o como fuente energética. Los biofiltros de lecho escurrido son biorreactores de lecho fijo en el cual los microorganismos forman una biopelícula en la superficie de este y son irrigados continuamente por una solución de nutrientes. La elección de microorganismos para inocular un biofiltro depende de la composición del aire contaminado y la capacidad de este para degradar uno de los compuestos presentes en él. Fusarium solani es un hongo filamentoso comúnmente encontrado en suelos, desechos orgánicos y plantas. Este tipo de hongo es capaz de degradar varios tipos de compuestos orgánicos desde hidrocarburos alifáticos y aromáticos hasta xenobióticos. En cuanto a Rhodococcus erythropolis (bacteria Gram-positiva) presenta una amplia diversidad catabólica y capacidades enzimáticas únicas. En este contexto es que se planteó utilizar un biofiltro de lecho escurrido inoculado con F. solani y R. erythropolis que degradara metanol y 2,5-dimetilpirazina. Para lo cual en primera instancia se procedió a determinar la capacidad de cada microorganismo de degradar cada una de las sustancias. Una vez determinado el microorganismo y el o los contaminantes, correspondía dilucidar que medio era más propicio para su degradación y construir un biofiltro con el microorganismo. Se utilizaron microcosmos para evaluar la capacidad de degradación de metanol y DMP tanto de F. solani como de R. erythropolis. Esto se realizó en medio liquido con ambos y en medio solido solo con el hongo. Se construyó el biofiltro con un lecho de vermiculita inoculado con F. solani y se midió la concentración de DMP en cada etapa. En todos los casos las mediciones de concentración de gases se realizaron con cromatografía gaseosa. Finalmente, luego de desmontar el biofiltro, se tomó una muestra de cada etapa de este para el análisis poblacional. Luego de varios ensayos de degradación R. erythropolis no mostro la capacidad de degradar metanol y tampoco DMP. Por otra parte, aunque F. solani no fue capaz de degradar metanol si lo hizo con DMP. También en medio solido este hongo degrada DMP de manera más eficiente que en medio líquido. El biofiltro inoculado con F. solani tuvo una eficiencia relativa de aproximadamente un 75%. F. solani es el principal componente del biofiltro. Por lo cual, un biofiltro de lecho escurrido inoculado con F. solani es un método eficaz para la remoción de DMP del aire con una alta eficiencia

There is a silent contamination that is unknown to a large part of the population, this is the contamination by volatile organic compounds (VOC) which are discarded in the surroundings of water treatment plants, oil refineries, food processing, rendering etc. These can cause bad odors or in some cases become toxic. There are technologies that allow mitigating the emission of this type of pollutants, among which are physical, chemical and biotechnological methods. In the latter three types of technologies are grouped: biofilters, bioscrubbers and biotrickling filters which are based on the principle of biodegradation. This is, the use of microorganisms to remove gaseous pollutants in which strains of heterotrophic fungi or bacteria use VOCs as a carbon or nitrogen source, and as an energy source. Biotrickling filters are fixed bed bioreactors in which microorganisms form a biofilm on the bed surface and are continuously irrigated with a nutrient solution. The choice of microorganisms to inoculate a biofilter depends on the composition of the contaminated air and its ability to degrade one of the compounds present in it. Fusarium solani is a filamentous fungus commonly found in soil, organic waste, and plants. This type of fungi is capable of degrading various types of organic compounds, from aliphatic and aromatic hydrocarbons to xenobiotics. Rhodococcus erythropolis (Gram-positive bacteria) has a wide catabolic diversity and unique enzymatic capabilities. In this context, it was proposed to utilize a biotrickling filter inoculated with F. solani and R. erythropolis that would degrade methanol and 2,5-dimethylpyrazine. For which, in the first instance, it was necessary to determine the capacity of each microorganism to degrade each of the substances. Once the microorganism and the contaminant(s) had been determined, it was necessary to determine which medium was more appropriate to its degradation and to build a biofilter with the microorganism. Microcosms were used to evaluate the methanol and DMP degradation capacity of both F. solani and R. erythropolis. This was done in a liquid medium with both organisms and in a solid medium only with the fungus. The biofilter was built with a vermiculite bed inoculated with F. solani and the DMP concentration was measured in each stage. In all cases, gas concentration measurements were performed with gas chromatography. Finally, after disassembling the biofilter, a sample was taken from each stage of the biofilter for population analysis. After several degradation tests, R. erythropolis did not show the ability to degrade methanol and neither did DMP. On the other hand, although F. solani was not able to degrade methanol, it was able to degrade DMP. Also, in solid medium this fungus degrades DMP more efficiently than in liquid medium. The biofilter inoculated with F. solani had a relative efficiency of approximately 75%. F. solani was the main component of the biofilter. Therefore, a biotrickling filter inoculated with F. solani is an effective method for the DMP removal from the air with high efficiency